جوش به معناي پيوستگي و اتصال در يك ماده ميباشد. جوشکاری يكي از فرآيندهاي اتصال حرارتي قطعات (فلزي يا غيرفلزي)، به روش ذوبي يا غير ذوبي، با بهكارگيري يا بدون بهكارگيري فشار و با استفاده از ماده پركننده مي باشد. انواع فرآيندهاي جوشکاری به دو دسته اصلي تقسيم ميشوند: فرآيندهاي جوشکاری ذوبي و فرآيندهاي جوشکاری غيرذوبي. جوشکاری يكي از روش هاي توليد ميباشد. هدف آن اتصال دايمي مواد مهندسي از قبيل فلز، سراميك، پليمر، كامپوزيت و غيره به يك ديگر است.
به گونه اي كه خواص اتصال، برابر خواص ماده پايه باشد. در يك جوشکاری ايدهآل، پيوستگي كامل بين اجزاي يك اتصال به وجود ميآيد.جوشکاری را ميتوان اتصال دايم متالورژيكي دانست كه ميتواند در حالت مذاب يا جامد، با استفاده مواد پركننده يا بدون واسطه و با ايجاد فشار يا بدون استفاده از فشار صورت گيرد. در واقع جوشکاری به اتصالي گفته ميشود كه نتوان محل اتصال را از قسمتهاي ديگر قطعات جدا نمود و به عبارتي ديگر خواص جوش ايجاد شده با قطعات مورد اتصال يكسان يا نزديك به هم باشد.
تاريخچه پیدایش جوش
پيشينه استفاده از اولين فرآيند جوشکاری به زماني برميگردد كه بشر براي ساخت يك سلاح ابتدايي از يك نوع اوليه اين فرآيند استفاده ميكرد. جوشکاری آهنگري قديميترين فرآيند جوشکاری ميباشد، كه انسان قطعات فلز را به صورت سرد يا گداخته بر روي يكديگر قرار داده و در اثر كوبيدن موجب اتصال آنها ميشد. در سال 1856 دانشمندي به نام ژول (Joule) به فكر جوشکاری مقاومتي افتاد و بعد از او اليهو تامسون (Elihu Thomson) آمريكایي در بين سالهاي 1876 تا 1877 به طرحهاي او جامه عمل پوشاند و از جوشکاری مقاومتي استفاده كرد.
اما زمان پيدايش قوس الكتريكي به سال 1802، زماني كه دانشمندي روسي به نام واسيلي پتروف (Vasily Petrov) پي برد كه اگر دو تكه زغال چوب را به قطبهاي باتري بزرگي وصل كنيم و آنها را به هم تماس دهيم و سپس كمي از هم جدا كنيم شعله روشني بين دو تكه زغال ديده ميشود. انتهاي آنها كه از شدت گرما سفيد شده است نور خيره كنندهاي گسيل ميدارد.
در سال 1886 يك دانشمندان روسي بنام بناردوز (Nikolai Benardos) اختراعي را به ثبت رساند كه به وسيله آن قادر بود تا يك قطعه فلزي را با الكترود زغالي به صورت موضعي با ايجاد قوس الكتريكي بين قطعه و الكترود ذوب نمايد. بناردوز در اين روش دو قطعه فلزي را در فاصله مشخص از يكديگر قرار داده و با استفاده از پديده قوس و حركت الكترود زغالي در طول شكاف بين دو قطعه و وارد نمودن همزمان ميلهاي فلزي از جنس قطعه در داخل قوس الكتريكي، حمام مذابي به وجود آورد كه بعد از منجمد شدن شكاف موجود را پر نموده و باعث به هم پيوستن اين قطعات گرديد.
تکامل
در سال 1888 دانشمند ديگر روسي بنام اسلاويانوف (Nikolai Slavyanov)، روش الكترود ذوبشونده را اختراع نمود. او در اين روش الكترود فلزي را جايگزين الكترود زغالي كرد كه همزمان علاوه بر ايجاد قوس، وظيفه فلز پركننده را نيز به عهده داشت. در روش الكترود ذوبشونده مذاب حاصل از الكترود فلزي در فاصله بين نوك الكترود و شكاف دو قطعه در معرض هوا قرار ميگرفت كه اين امر باعث اكسيده شدن مذاب و در نتيجه ايجاد اشكال در جوش ميگرديد. از طرف ديگر قوس الكتريكي به دليل تماس با اتمسفر هوا نيز ناپايدار بوده كه خود به خود غير يكنواختي جوش را به دنبال داشت.
براي برطرف نمودن عيوبي مانند كيفيت پايين فلز جوش از لحاظ مكانيكي و اكسيد شدن آن و همچنين ناپايداري قوس در سال 1905 يك صنعتگر سوئدي بنام اسكار كژلبرگ (Oscar Kjellberg) الكترود فلزي پوششدار را اختراع نمود. پوشش اين الكترود را مخلوطي از مواد معدني مختلف از جمله آهك تشكيل ميداد كه بهوسيله توليد گاز و ايجاد سرباره، قادر به محافظت از مذاب حاصل از ذوب الكترود در مقابل آثار نامطلوب در تماس با هوا بود. علاوه بر اين، پوشش الكترود باعث پايداري قوس الكتريكي و يكنواختشدن جوش ميگرديد.
اختراعات
پس از سال 1905 با اختراع الكترود پوششدار، صنعت اين امكان را يافت تا جوشهايي با استحكام معادل فلز پايه بهوجود آورد. در جريان جنگ هاي جهاني اول و دوم، جوشکاری پيشرفت زيادي كرد. احتياجات بشر به اتصالات مدرن، سبك، محكم و مقاوم در سالهاي اخير و مخصوصاً بيست سال اخير، سبب توسعه سريع اين فناوري شده است. در سال 1930 به طور همزمان در آمريكا و اتحاد جماهير شوروي سابق، تحقيقاتي براي مخفي ساختن قوس الكتريكي و دستيابي به قوسي پايدار صورت گرفت كه نتيجه آن اختراع جوشکاری زير پودري بود اما نه به شكل امروزي بلكه با استفاده از الكترودهاي كربني.
حدود سال 1935 اين روش تقريبا به شكل امروزي خود درآمد و تبديل به روشي مناسب از لحاظ اقتصادي براي جوشکاری شد. در جنگ جهاني اول پس از جوش خوردن تركشهاي ناشي از متلاشي شدن گلوله توپ به بدنه جنگ افزارها فرآيند جوشکاری انفجاري كشف شد. سال 1950 به طور همزمان در كشورهاي آمريكا و آلمان غربي جوشکاری پرتو الكتروني (EBW) توسعه يافت.
کم و بیش در سال 1965 سيستمهاي متنوع ليزري به منظور جوشهاي مدارهاي الكتريكي و داخل محفظههاي خلاء و همچنين در ساير كاربردهاي تخصصي كه در آنها تكنولوژيهاي مرسوم قادر به ايجاد اتصالات مطمئن نبودند، توسعه داده شد.
جدیدترین روش
شايد بتوان گفت جديدترين روش جوشکاری، فرآيند جوشکاری اصطكاكي اغتشاشي باشد. جوشکاری اصطكاكي اغتشاشي براي اولين بار براي آلياژهاي آلومينيوم ابداع گشت و يك روش جوشکاری در حالت جامد است. اين روش در سال 1991 توسط انستيتو جهاني جوش و اتصالات (TWI) در كمبريج تحت عنوان روش جوشکاری تحريكي اصطكاكي(Friction Stir Welding ) به صنعت دنيا معرفي شد.
انواع فرآيندهاي جوشکاری
در يك تقسيم بندي كلي، پديده اتصال حرارتي به فرآيندهاي زير، تقسيم بندي ميشود:
1. جوشکاری با پرتوي الكتروني
2. لحيم كاري سخت در كوره Furnace Brazing
3. جوشکاری قوس الكتريكي با گاز محافظ (MIG)
4. لحيم كاري سخت با شعله Gas torch braze welding
5. جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (TIG)
6. جوشکاری با پرتوي ليزر Laser Beam Welding
7. لحيم كاري غوطهوري Metal bath dip soldering
8. جوشکاری با قوس پلاسما Plasma Arc Welding
9. نقطه جوش برجسته Projection Welding
10.جوشکاری با قوس الكتريكي و الكترود پوششدار Shielded Metal Arc Welding
11.نقطه جوش Spot Welding
12.جوشکاری زيرپودري Submerged Arc Welding
13.لحيم كاري مدارات الكترونيكي Wave Soldering
جوشکاری با پرتوي الكتروني
جوشکاری با پرتوي الكتروني يكي از فرآيندهاي اتصال قطعات فلزي است كه در آن حرارت مورد نياز براي ذوب كردن موضعي قطعه كار از طريق تابش يك پرتوي پر سرعت و متمركز از الكترونها تامين ميشود. در اثر برخورد الكترونها به قطعه كار، انرژي جنبشي آنها به گرما تبديل ميگردد. در اين عمليات عموما از سيم جوش يا فيلر (پركننده) استفاده نميشود.
ويژگيهاي فرآيند جوش پرتو الکترونی
* در اين فرآيند بايد يك محفظه خلاء وجود داشته باشد
* در اين فرآيند نيازي به استفاده از سيمجوش نيست
* پس از اين فرآيند اعوجاج كمي در قطعه كار ايجاد ميشود
* نفوذ جوش در اين فرآيند عالي است
* به سادگي قابليت اتوماسيون را داراست
* ناحيه جوش باريكي را ايجاد ميكند
* حرارت در ناحيه جوش خيلي زياد است، ولي نواحي متاثر از حرارت بسيار كوچك هستند
قابليتهاي فرآيند
عليرغم محدوديتهاي مطرح شده، روش جوشکاری با پرتوي الكتروني قابليتهاي زيادي دارد. در اين فرآيند، شيار جوشکاری باريكي ايجاد ميشود و نيازي به سيم جوش ندارد. با اين روش ميتوان قطعاتي با ضخامت 0.3 تا 2 اينچ را جوشکاری نمود.
پهناي جوش در اين روش معمولا از 0.001 تا 0.01 اينچ ميباشد.
محدوديتهاي فرآيند
با توجه به لزوم استفاده از محفظه خلاء، محدوديت هايي در جوشکاری با اين روش به وجود ميآيد. يكي از محدوديت ها اين است كه بايد بتوان قطعه را در داخل محفظه جاي داد. محدوديت ديگر، تنظيم دقيق موضع جوشکاری در زير پرتو ميباشد.
محدوديت كنترل قطعه در هنگام جوشکاری نيز از ديگر محدوديت ها ميباشد.